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這篇文章主要講解了“JDK中的設計模式簡介”,文中的講解內容簡單清晰,易于學習與理解,下面請大家跟著小編的思路慢慢深入,一起來研究和學習“JDK中的設計模式簡介”吧!
(1)反復出現問題的解決方案
(2)增強軟件的靈活性
(3)適應軟件不斷變化
(1)借鑒優秀代碼的設計,有助于提高代碼設計能力
(2)JDK的設計中體現了大多數設計模式,是學習設計模式的較好的方式
(3)可以更加深入的了解JDK
繼承、委托、依賴、聚合、組合
(1)作用:歸納某設計模式的基本要點
(2)JDK中體現:某設計模式在JDK中是怎樣體現出來的
(3)類圖:某設計模式在JDK中所對應的類圖
1.Singleton(單例)
作用:保證類只有一個實例;提供一個全局訪問點
JDK中體現:
(1)Runtime
(2)NumberFormat
類圖:
作用: (1)代替構造函數創建對象 (2)方法名比構造函數清晰 JDK中體現: (1)Integer.valueOf (2)Class.forName
類圖:
作用:子類決定哪一個類實例化 JDK中體現:Collection.iterator方法
類圖:
作用: (1)將構造邏輯提到單獨的類中 (2)分離類的構造邏輯和表現 JDK中體現:DocumentBuilder(org.w3c.dom)
類圖:
作用:
(1)復制對象
(2)淺復制、深復制
JDK中體現:Object.clone;Cloneable
類圖:
作用:使不兼容的接口相容 JDK中體現: (1)java.io.InputStreamReader(InputStream) (2)java.io.OutputStreamWriter(OutputStream)
類圖:
作用:將抽象部分與其實現部分分離,使它們都可以獨立地變化 JDK中體現:java.util.logging中的Handler和Formatter
類圖:
作用:一致地對待組合對象和獨立對象 JDK中體現: (1)org.w3c.dom (2)javax.swing.JComponent#add(Component)
類圖:
作用:為類添加新的功能;防止類繼承帶來的爆炸式增長 JDK中體現: (1)java.io包 (2)java.util.Collections#synchronizedList(List)
類圖:
作用: (1)封裝一組交互類,一致地對外提供接口 (2)封裝子系統,簡化子系統調用 JDK中體現:java.util.logging包
類圖:
作用:共享對象,節省內存 JDK中體現: (1)Integer.valueOf(int i);Character.valueOf(char c) (2)String常量池
類圖:
**
作用: (1)透明調用被代理對象,無須知道復雜實現細節 (2)增加被代理類的功能 JDK中體現:動態代理;RMI
類圖:
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作用:將集合的迭代和集合本身分離 JDK中體現:Iterator、Enumeration接口
類圖:
作用:通知對象狀態改變 JDK中體現: (1)java.util.Observer,Observable (2)Swing中的Listener
類圖:
**
作用:定義算法的結構,子類只實現不同的部分 JDK中體現:ThreadPoolExecutor.Worker
類圖:
作用:提供不同的算法 JDK中的體現:ThreadPoolExecutor中的四種拒絕策略
類圖:
作用:請求會被鏈上的對象處理,但是客戶端不知道請求會被哪些對象處理 JDK中體現: (1)java.util.logging.Logger會將log委托給parent logger (2)ClassLoader的委托模型
類圖:
作用: (1)封裝操作,使接口一致 (2)將調用者和接收者在空間和時間上解耦合 JDK中體現:Runnable;Callable;ThreadPoolExecutor
類圖:
作用:將主對象和其狀態分離,狀態對象負責主對象的狀態轉換,使主對象類功能減輕 JDK中體現:未發現
類圖:
六、參考文獻
1. Design Pattern(GoF)
2. Software Architecture Design Patterns in Java
3. JDK 5 Documentation
4. http://stackoverflow.com/questions/1673841/examples-of-gof-design-patterns
5. http://java.csdn.net/a/20101129/282644.html**
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前面創建型模式介紹了創建對象的一些設計模式,這節介紹的結構型模式旨在通過改變代碼結構來達到解耦的目的,使得我們的代碼容易維護和擴展。
第一個要介紹的代理模式是最常使用的模式之一了,用一個代理來隱藏具體實現類的實現細節,通常還用于在真實的實現的前后添加一部分邏輯。
既然說是代理,那就要對客戶端隱藏真實實現,由代理來負責客戶端的所有請求。當然,代理只是個代理,它不會完成實際的業務邏輯,而是一層皮而已,但是對于客戶端來說,它必須表現得就是客戶端需要的真實實現。
理解代理這個詞,這個模式其實就簡單了。
public interface FoodService { Food makeChicken(); Food makeNoodle(); } public class FoodServiceImpl implements FoodService { public Food makeChicken() { Food f = new Chicken() f.setChicken("1kg"); f.setSpicy("1g"); f.setSalt("3g"); return f; } public Food makeNoodle() { Food f = new Noodle(); f.setNoodle("500g"); f.setSalt("5g"); return f; } } // 代理要表現得“就像是”真實實現類,所以需要實現 FoodService public class FoodServiceProxy implements FoodService { // 內部一定要有一個真實的實現類,當然也可以通過構造方法注入 private FoodService foodService = new FoodServiceImpl(); public Food makeChicken() { System.out.println("我們馬上要開始制作雞肉了"); // 如果我們定義這句為核心代碼的話,那么,核心代碼是真實實現類做的, // 代理只是在核心代碼前后做些“無足輕重”的事情 Food food = foodService.makeChicken(); System.out.println("雞肉制作完成啦,加點胡椒粉"); // 增強 food.addCondiment("pepper"); return food; } public Food makeNoodle() { System.out.println("準備制作拉面~"); Food food = foodService.makeNoodle(); System.out.println("制作完成啦") return food; } }
客戶端調用,注意,我們要用代理來實例化接口:
// 這里用代理類來實例化 FoodService foodService = new FoodServiceProxy(); foodService.makeChicken();
我們發現沒有,代理模式說白了就是做
“方法包裝” 或做
“方法增強”。在面向切面編程中,算了還是不要吹捧這個名詞了,在 AOP 中,其實就是動態代理的過程。比如 Spring 中,我們自己不定義代理類,但是 Spring 會幫我們動態來定義代理,然后把我們定義在
@Before、
@After、
@Around 中的代碼邏輯動態添加到代理中。
說到動態代理,又可以展開說 …… Spring 中實現動態代理有兩種,一種是如果我們的類定義了接口,如 UserService 接口和 UserServiceImpl 實現,那么采用 JDK 的動態代理,感興趣的讀者可以去看看 java.lang.reflect.Proxy 類的源碼;另一種是我們自己沒有定義接口的,Spring 會采用 CGLIB 進行動態代理,它是一個 jar 包,性能還不錯。
說完代理模式,說適配器模式,是因為它們很相似,這里可以做個比較。
適配器模式做的就是,有一個接口需要實現,但是我們現成的對象都不滿足,需要加一層適配器來進行適配。
適配器模式總體來說分三種:默認適配器模式、對象適配器模式、類適配器模式。先不急著分清楚這幾個,先看看例子再說。
默認適配器模式
首先,我們先看看最簡單的適配器模式默認適配器模式(Default Adapter)是怎么樣的。
我們用 Appache commons-io 包中的 FileAlterationListener 做例子,此接口定義了很多的方法,用于對文件或文件夾進行監控,一旦發生了對應的操作,就會觸發相應的方法。
public interface FileAlterationListener { void onStart(final FileAlterationObserver observer); void onDirectoryCreate(final File directory); void onDirectoryChange(final File directory); void onDirectoryDelete(final File directory); void onFileCreate(final File file); void onFileChange(final File file); void onFileDelete(final File file); void onStop(final FileAlterationObserver observer); }
此接口的一大問題是抽象方法太多了,如果我們要用這個接口,意味著我們要實現每一個抽象方法,如果我們只是想要監控文件夾中的文件創建和文件刪除事件,可是我們還是不得不實現所有的方法,很明顯,這不是我們想要的。
所以,我們需要下面的一個適配器,它用于實現上面的接口,但是所有的方法都是空方法,這樣,我們就可以轉而定義自己的類來繼承下面這個類即可。
public class FileAlterationListenerAdaptor implements FileAlterationListener { public void onStart(final FileAlterationObserver observer) { } public void onDirectoryCreate(final File directory) { } public void onDirectoryChange(final File directory) { } public void onDirectoryDelete(final File directory) { } public void onFileCreate(final File file) { } public void onFileChange(final File file) { } public void onFileDelete(final File file) { } public void onStop(final FileAlterationObserver observer) { } }
比如我們可以定義以下類,我們僅僅需要實現我們想實現的方法就可以了:
public class FileMonitor extends FileAlterationListenerAdaptor { public void onFileCreate(final File file) { // 文件創建 doSomething(); } public void onFileDelete(final File file) { // 文件刪除 doSomething(); } }
當然,上面說的只是適配器模式的其中一種,也是最簡單的一種,無需多言。下面,再介紹“正統的”適配器模式。
對象適配器模式
來看一個《Head First 設計模式》中的一個例子,我稍微修改了一下,看看怎么將雞適配成鴨,這樣雞也能當鴨來用。因為,現在鴨這個接口,我們沒有合適的實現類可以用,所以需要適配器。
public interface Duck { public void quack(); // 鴨的呱呱叫 public void fly(); // 飛 } public interface Cock { public void gobble(); // 雞的咕咕叫 public void fly(); // 飛 } public class WildCock implements Cock { public void gobble() { System.out.println("咕咕叫"); } public void fly() { System.out.println("雞也會飛哦"); } }
鴨接口有 fly() 和 quare() 兩個方法,雞 Cock 如果要冒充鴨,fly() 方法是現成的,但是雞不會鴨的呱呱叫,沒有 quack() 方法。這個時候就需要適配了:
// 毫無疑問,首先,這個適配器肯定需要 implements Duck,這樣才能當做鴨來用 public class CockAdapter implements Duck { Cock cock; // 構造方法中需要一個雞的實例,此類就是將這只雞適配成鴨來用 public CockAdapter(Cock cock) { this.cock = cock; } // 實現鴨的呱呱叫方法 @Override public void quack() { // 內部其實是一只雞的咕咕叫 cock.gobble(); } @Override public void fly() { cock.fly(); } }
客戶端調用很簡單了:
public static void main(String[] args) { // 有一只野雞 Cock wildCock = new WildCock(); // 成功將野雞適配成鴨 Duck duck = new CockAdapter(wildCock); ... }
到這里,大家也就知道了適配器模式是怎么回事了。無非是我們需要一只鴨,但是我們只有一只雞,這個時候就需要定義一個適配器,由這個適配器來充當鴨,但是適配器里面的方法還是由雞來實現的。
我們用一個圖來簡單說明下:
上圖應該還是很容易理解的,我就不做更多的解釋了。下面,我們看看類適配模式怎么樣的。
類適配器模式
廢話少說,直接上圖:
看到這個圖,大家應該很容易理解的吧,通過繼承的方法,適配器自動獲得了所需要的大部分方法。這個時候,客戶端使用更加簡單,直接
Target t = new SomeAdapter();
就可以了。
適配器模式總結
類適配和對象適配的異同
一個采用繼承,一個采用組合;
類適配屬于靜態實現,對象適配屬于組合的動態實現,對象適配需要多實例化一個對象。
總體來說,對象適配用得比較多。
適配器模式和代理模式的異同
比較這兩種模式,其實是比較對象適配器模式和代理模式,在代碼結構上,它們很相似,都需要一個具體的實現類的實例。但是它們的目的不一樣,代理模式做的是增強原方法的活;適配器做的是適配的活,為的是提供“把雞包裝成鴨,然后當做鴨來使用”,而雞和鴨它們之間原本沒有繼承關系。
理解橋梁模式,其實就是理解代碼抽象和解耦。
我們首先需要一個橋梁,它是一個接口,定義提供的接口方法。
public interface DrawAPI { public void draw(int radius, int x, int y); }
然后是一系列實現類:
public class RedPen implements DrawAPI { @Override public void draw(int radius, int x, int y) { System.out.println("用紅色筆畫圖,radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y); } } public class GreenPen implements DrawAPI { @Override public void draw(int radius, int x, int y) { System.out.println("用綠色筆畫圖,radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y); } } public class BluePen implements DrawAPI { @Override public void draw(int radius, int x, int y) { System.out.println("用藍色筆畫圖,radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y); } }
定義一個抽象類,此類的實現類都需要使用 DrawAPI:
public abstract class Shape { protected DrawAPI drawAPI; protected Shape(DrawAPI drawAPI){ this.drawAPI = drawAPI; } public abstract void draw(); }
定義抽象類的子類:
// 圓形 public class Circle extends Shape { private int radius; public Circle(int radius, DrawAPI drawAPI) { super(drawAPI); this.radius = radius; } public void draw() { drawAPI.draw(radius, 0, 0); } } // 長方形 public class Rectangle extends Shape { private int x; private int y; public Rectangle(int x, int y, DrawAPI drawAPI) { super(drawAPI); this.x = x; this.y = y; } public void draw() { drawAPI.draw(0, x, y); } }
最后,我們來看客戶端演示:
public static void main(String[] args) { Shape greenCircle = new Circle(10, new GreenPen()); Shape redRectangle = new Rectangle(4, 8, new RedPen()); greenCircle.draw(); redRectangle.draw(); }
可能大家看上面一步步還不是特別清晰,我把所有的東西整合到一張圖上:
這回大家應該就知道抽象在哪里,怎么解耦了吧。橋梁模式的優點也是顯而易見的,就是非常容易進行擴展。
本節引用了 這里的例子,并對其進行了修改。
要把裝飾模式說清楚明白,不是件容易的事情。也許讀者知道 Java IO 中的幾個類是典型的裝飾模式的應用,但是讀者不一定清楚其中的關系,也許看完就忘了,希望看完這節后,讀者可以對其有更深的感悟。
首先,我們先看一個簡單的圖,看這個圖的時候,了解下層次結構就可以了:
我們來說說裝飾模式的出發點,從圖中可以看到,接口
Component
其實已經有了
ConcreteComponentA
和
ConcreteComponentB
兩個實現類了,但是,如果我們要增強這兩個實現類的話,我們就可以采用裝飾模式,用具體的裝飾器來裝飾實現類,以達到增強的目的。
從名字來簡單解釋下裝飾器。既然說是裝飾,那么往往就是添加小功能這種,而且,我們要滿足可以添加多個小功能。最簡單的,代理模式就可以實現功能的增強,但是代理不容易實現多個功能的增強,當然你可以說用代理包裝代理的方式,但是那樣的話代碼就復雜了。
首先明白一些簡單的概念,從圖中我們看到,所有的具體裝飾者們 ConcreteDecorator 都可以作為 Component 來使用,因為它們都實現了 Component 中的所有接口。它們和 Component 實現類 ConcreteComponent 的區別是,它們只是裝飾者,起裝飾作用,也就是即使它們看上去牛逼轟轟,但是它們都只是在具體的實現中加了層皮來裝飾而已。
注意這段話中混雜在各個名詞中的 Component 和 Decorator,別搞混了。
下面來看看一個例子,先把裝飾模式弄清楚,然后再介紹下 java io 中的裝飾模式的應用。
最近大街上流行起來了“快樂檸檬”,我們把快樂檸檬的飲料分為三類:紅茶、綠茶、咖啡,在這三大類的基礎上,又增加了許多的口味,什么金桔檸檬紅茶、金桔檸檬珍珠綠茶、芒果紅茶、芒果綠茶、芒果珍珠紅茶、烤珍珠紅茶、烤珍珠芒果綠茶、椰香胚芽咖啡、焦糖可可咖啡等等,每家店都有很長的菜單,但是仔細看下,其實原料也沒幾樣,但是可以搭配出很多組合,如果顧客需要,很多沒出現在菜單中的飲料他們也是可以做的。
在這個例子中,紅茶、綠茶、咖啡是最基礎的飲料,其他的像金桔檸檬、芒果、珍珠、椰果、焦糖等都屬于裝飾用的。當然,在開發中,我們確實可以像門店一樣,開發這些類:LemonBlackTea、LemonGreenTea、MangoBlackTea、MangoLemonGreenTea……但是,很快我們就發現,這樣子干肯定是不行的,這會導致我們需要組合出所有的可能,而且如果客人需要在紅茶中加雙份檸檬怎么辦?三份檸檬怎么辦?萬一有個變態要四份檸檬,所以這種做法是給自己找加班的。
不說廢話了,上代碼。
首先,定義飲料抽象基類:
public abstract class Beverage { // 返回描述 public abstract String getDescription(); // 返回價格 public abstract double cost(); }
然后是三個基礎飲料實現類,紅茶、綠茶和咖啡:
public class BlackTea extends Beverage { public String getDescription() { return "紅茶"; } public double cost() { return 10; } } public class GreenTea extends Beverage { public String getDescription() { return "綠茶"; } public double cost() { return 11; } } ...// 咖啡省略
定義調料,也就是裝飾者的基類,此類必須繼承自 Beverage:
// 調料 public abstract class Condiment extends Beverage { }
然后我們來定義檸檬、芒果等具體的調料,它們屬于裝飾者,毫無疑問,這些調料肯定都需要繼承 Condiment 類:
public class Lemon extends Condiment { private Beverage bevarage; // 這里很關鍵,需要傳入具體的飲料,如需要傳入沒有被裝飾的紅茶或綠茶, // 當然也可以傳入已經裝飾好的芒果綠茶,這樣可以做芒果檸檬綠茶 public Lemon(Beverage bevarage) { this.bevarage = bevarage; } public String getDescription() { // 裝飾 return bevarage.getDescription() + ", 加檸檬"; } public double cost() { // 裝飾 return beverage.cost() + 2; // 加檸檬需要 2 元 } } public class Mango extends Condiment { private Beverage bevarage; public Mango(Beverage bevarage) { this.bevarage = bevarage; } public String getDescription() { return bevarage.getDescription() + ", 加芒果"; } public double cost() { return beverage.cost() + 3; // 加芒果需要 3 元 } } ...// 給每一種調料都加一個類
看客戶端調用:
public static void main(String[] args) { // 首先,我們需要一個基礎飲料,紅茶、綠茶或咖啡 Beverage beverage = new GreenTea(); // 開始裝飾 beverage = new Lemon(beverage); // 先加一份檸檬 beverage = new Mongo(beverage); // 再加一份芒果 System.out.println(beverage.getDescription() + " 價格:¥" + beverage.cost()); //"綠茶, 加檸檬, 加芒果 價格:¥16" }
如果我們需要芒果珍珠雙份檸檬紅茶:
Beverage beverage = new Mongo(new Pearl(new Lemon(new Lemon(new BlackTea()))));
是不是很變態?
看看下圖可能會清晰一些:
到這里,大家應該已經清楚裝飾模式了吧。
下面,我們再來說說 java IO 中的裝飾模式。看下圖 InputStream 派生出來的部分類:
我們知道 InputStream 代表了輸入流,具體的輸入來源可以是文件(FileInputStream)、管道(PipedInputStream)、數組(ByteArrayInputStream)等,這些就像前面奶茶的例子中的紅茶、綠茶,屬于基礎輸入流。
FilterInputStream 承接了裝飾模式的關鍵節點,其實現類是一系列裝飾器,比如 BufferedInputStream 代表用緩沖來裝飾,也就使得輸入流具有了緩沖的功能,LineNumberInputStream 代表用行號來裝飾,在操作的時候就可以取得行號了,DataInputStream 的裝飾,使得我們可以從輸入流轉換為 java 中的基本類型值。
當然,在 java IO 中,如果我們使用裝飾器的話,就不太適合面向接口編程了,如:
InputStream inputStream = new LineNumberInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("")));
這樣的結果是,InputStream 還是不具有讀取行號的功能,因為讀取行號的方法定義在 LineNumberInputStream 類中。
我們應該像下面這樣使用:
DataInputStream is = new DataInputStream( new BufferedInputStream( new FileInputStream("")));
所以說嘛,要找到純的嚴格符合設計模式的代碼還是比較難的。
門面模式(也叫外觀模式,Facade Pattern)在許多源碼中有使用,比如 slf4j 就可以理解為是門面模式的應用。這是一個簡單的設計模式,我們直接上代碼再說吧。
首先,我們定義一個接口:
public interface Shape { void draw(); }
定義幾個實現類:
public class Circle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("Circle::draw()"); } } public class Rectangle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("Rectangle::draw()"); } }
客戶端調用:
public static void main(String[] args) { // 畫一個圓形 Shape circle = new Circle(); circle.draw(); // 畫一個長方形 Shape rectangle = new Rectangle(); rectangle.draw(); }
以上是我們常寫的代碼,我們需要畫圓就要先實例化圓,畫長方形就需要先實例化一個長方形,然后再調用相應的 draw() 方法。
下面,我們看看怎么用門面模式來讓客戶端調用更加友好一些。
我們先定義一個門面:
public class ShapeMaker { private Shape circle; private Shape rectangle; private Shape square; public ShapeMaker() { circle = new Circle(); rectangle = new Rectangle(); square = new Square(); } /** * 下面定義一堆方法,具體應該調用什么方法,由這個門面來決定 */ public void drawCircle(){ circle.draw(); } public void drawRectangle(){ rectangle.draw(); } public void drawSquare(){ square.draw(); } }
看看現在客戶端怎么調用:
public static void main(String[] args) { ShapeMaker shapeMaker = new ShapeMaker(); // 客戶端調用現在更加清晰了 shapeMaker.drawCircle(); shapeMaker.drawRectangle(); shapeMaker.drawSquare(); }
門面模式的優點顯而易見,客戶端不再需要關注實例化時應該使用哪個實現類,直接調用門面提供的方法就可以了,因為門面類提供的方法的方法名對于客戶端來說已經很友好了。
組合模式用于表示具有層次結構的數據,使得我們對單個對象和組合對象的訪問具有一致性。
直接看一個例子吧,每個員工都有姓名、部門、薪水這些屬性,同時還有下屬員工集合(雖然可能集合為空),而下屬員工和自己的結構是一樣的,也有姓名、部門這些屬性,同時也有他們的下屬員工集合。
public class Employee { private String name; private String dept; private int salary; private List<Employee> subordinates; // 下屬 public Employee(String name,String dept, int sal) { this.name = name; this.dept = dept; this.salary = sal; subordinates = new ArrayList<Employee>(); } public void add(Employee e) { subordinates.add(e); } public void remove(Employee e) { subordinates.remove(e); } public List<Employee> getSubordinates(){ return subordinates; } public String toString(){ return ("Employee :[ Name : " + name + ", dept : " + dept + ", salary :" + salary+" ]"); } }
通常,這種類需要定義 add(node)、remove(node)、getChildren() 這些方法。
這說的其實就是組合模式,這種簡單的模式我就不做過多介紹了,相信各位讀者也不喜歡看我寫廢話。
英文是 Flyweight Pattern,不知道是誰最先翻譯的這個詞,感覺這翻譯真的不好理解,我們試著強行關聯起來吧。Flyweight 是輕量級的意思,享元分開來說就是 共享 元器件,也就是復用已經生成的對象,這種做法當然也就是輕量級的了。
復用對象最簡單的方式是,用一個 HashMap 來存放每次新生成的對象。每次需要一個對象的時候,先到 HashMap 中看看有沒有,如果沒有,再生成新的對象,然后將這個對象放入 HashMap 中。
這種簡單的代碼我就不演示了。
感謝各位的閱讀,以上就是“JDK中的設計模式簡介”的內容了,經過本文的學習后,相信大家對JDK中的設計模式簡介這一問題有了更深刻的體會,具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云,小編將為大家推送更多相關知識點的文章,歡迎關注!
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